Agrégation des cellules tumorales et cycle cellulaire

Metastases account for the great majority of cancer-associated deaths. Metastasis formation consists in several steps from the invasion of the tissue surrounding the primary tumor, intravasation in the bloodstream where they survive as circulating tumor cells (CTCs), to extravasation and colonization of distant organs in order to form malignant lesions. The escape of individual cells from the primary tumor is at the initiation of this process. Nonetheless, recent advances have shown the invasion and migration of cellular groups in the metastasis formation cascade. Clusters of CTC has been identified in the blood of patients in many cancers and they have shown to have a higher metastatic potential than single CTC. Moreover, their presence in patient bearing tumors is characterized as a worse prognosis in cancer evolution. Thus, the understanding of the mechanisms underlying the formation of these aggregative tumor cell structures is an important issue in the treatment of cancer progression. The cell cycle is a physiological process controlled by several regulators as cyclin-dependent kinases (CDKs) leading to cell division in two identical daughter cells. Alterations of the cell-cycle regulation is the most fundamental trait of cancer cells inducing their ability to sustain chronic proliferation. The aim of my work was to study the relationship between tumor cells ability to form clusters and their cell cycle dynamic progression. We used semi-automated imaging technologies combining time lapse microscopy and image processing to perform a quantitative analysis of the dynamic of aggregation of breast tumor cells in vitro in anchorage-independent conditions. First of all, we aim to determine the role of tumor cell aggregation in the cell-cycle progression. At the cellular population scale, we did not highlight a modification of the cellular repartition in the cell cycle during this process. In order to measure this phenomenon at the cell scale, we used an MCF-7 cell line expressing a fluorescent reporter for CDK2 kinase activity. This work allowed us to show that cells having cross the restriction point formed clusters less efficiently, suggesting that the position of cells in the cycle modulated their ability to aggregate. In a second time, I studied the impact of altered progression of breast tumor cells in the cell cycle in response to pharmacological treatments on their ability to form clusters. Thus, I demonstrated that cells synchronized at the intra-mitotic checkpoint showed an impairment of their ability to aggregate that appears to be associated with a reduced ability to form membrane extensions. Similarly, treating MCF-7 cells with taxol or with vinorelbin, two microtubules targeting poisons used in anti-tumor therapy, impairs their ability to aggregate. Besides, preliminary results obtained with CDK4/6 cyclin dependent kinases inhibitors treatments also showed an impaired ability to form clusters. Together these data provide new and complementary elements to the previous studies based on the regulators of cluster formation involved in the formation of metastases and could provide a better understanding of the effects, possibly adverse, of certain treatments.La mortalité associée au cancer est principalement liée à la maladie métastatique. Le mécanisme de formation des métastases comporte plusieurs étapes depuis le détachement de cellules de la tumeur primaire, leur intravasion dans les systèmes circulatoires où elles survivent sous forme de cellules tumorales circulantes (CTCs), puis leur extravasion dans les organes distants où elles établissent des lésions malignes. Initialement décrit comme provenant de l'échappement de cellules individuelles depuis la masse tumorale primaire, depuis plusieurs années, le détachement et la migration de groupes de cellules ont également été observés et mis en lien avec la formation de métastases. On les retrouve au niveau de la circulation sanguine sous forme de clusters de CTC dont le potentiel métastatique a été révélé comme supérieur à celui de cellules tumorales circulantes isolées. De plus, leur présence chez les patients est associée à un pronostic péjoratif d'évolution de la maladie. Ainsi, la compréhension des mécanismes responsables de la formation de ces structures agrégatives de cellules tumorales présente un enjeu majeur dans le traitement de la progression du cancer. Le cycle cellulaire est un processus physiologique contrôlé par différents régulateurs tels que les kinases dépendantes des cyclines (CDK), et assure le bon déroulement du phénomène de division cellulaire d'une cellule mère en deux cellules filles identiques. Des altérations de sa régulation sont des caractéristiques associées à la prolifération incontrôlée des cellules tumorales. Dans ce contexte, l'objectif de mes travaux de thèse a été d'étudier les relations entre la capacité des cellules tumorales à former des clusters et la dynamique de progression dans le cycle cellulaire. Nous avons mis en œuvre différentes technologies semi-automatisées, précédemment développées au laboratoire, associant l'imagerie en temps réel et le traitement d'image. Ces approches nous ont permis de réaliser une analyse quantitative de la dynamique l'agrégation des cellules tumorales mammaires de la lignée MCF-7 in vitro en condition ancrage-indépendant. Dans une première partie de nos travaux, nous avons cherché à déterminer le rôle l'agrégation des cellules tumorales sur la progression des cellules dans le cycle cellulaire. A l'échelle de la population cellulaire, nous n'avons pas mis en évidence de modification de la répartition des cellules dans le cycle cellulaire au cours de ce processus. À l'échelle cellulaire, via l'utilisation d'une lignée de cellules MCF-7 exprimant un rapporteur fluorescent de l'activité de la kinase CDK2, nous avons montré que les cellules ayant franchi le point de restriction (R) formaient des clusters de manière moins efficace, suggérant que la position des cellules dans le cycle modulait leur capacité à agréger. Dans une seconde partie, j'ai étudié l'impact de l'altération de la progression des cellules tumorales mammaires dans le cycle cellulaire en réponse à des traitements pharmacologiques sur leur capacité à former des clusters. J'ai ainsi montré que des cellules synchronisées au point de contrôle intra-mitotique, présentaient une altération de leur capacité à agréger, altération qui semble être associée à une moindre capacité à former des extensions membranaires. De manière similaire, le traitement des cellules MCF-7 avec du taxol ou avec de la vinorelbine, deux poisons des microtubules utilisés en thérapie anti-tumorale, altère leur capacité à agréger. Dans une moindre mesure, des résultats préliminaires ont également montré qu'un traitement avec les inhibiteurs des kinases dépendantes des cyclines CDK4/6 altérait la capacité à former des clusters. Ensemble, ces résultats apportent des éléments nouveaux et complémentaires aux études préalables réalisées sur les régulateurs de la formation de clusters impliqués dans la formation de métastases et pourraient permettre de mieux comprendre les effets, parfois adverses, de certains traitements